【新教材】教科版11.2能量守恒定律 学案 及 答案

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【学习目标】
1.通过摆球实验理解能量守恒定律的内涵。结合烧水、电梯运行等生活实例，分析输入能量、输出有效能量；
2.利用能量守恒定律解释生活中的能量损耗现象，培养逻辑推理与证据意识。通过辨析机械效率、热机效率与能量转化效率，形成全面的科学思维框架。；
3.设计实验验证机械能转化为内能的过程，证明能量守恒定律，提出改进方案并验证其可行性。
重点：理解能量守恒定律及其普遍性，学会能量转化效率的计算。
难点：突破“能量消失”的直觉误解，分析永动机设计中的能量损耗，辨析能量守恒与能量转化效率的关系。
【自主学习】
1.能量守恒定律：能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只会从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到其他物体，而在转化和转移的过程中，______保持不变。
2.从宏观天体到微观粒子，从化学变化、生命活动到物质循环，所有过程都遵守______。
3.由于永动机______（选填“违背”或“遵守”）了能量守恒定律，所以是______（选填“可能”或“不可能”）实现的。
4.能量的损耗不可避免，以烧水为例：
(1) 把天然气完全燃烧释放的化学能称为______；
(2) 把水吸收的那部分能量称为______；
(3) 把散失掉的那部分能量称为______。
根据能量守恒定律，三者之间的数量关系：输入能量______输出有效能量______输出无效能量，为了进一步描述这些过程，人们定义了能量转化效率：______，在任何情况下，能量转化效率 都______1。
【归纳整理】
【课堂练习】
1.如图所示，是载有“天问一号”的火箭发射升空时的情景，下列描述正确的是（　　）
A.火箭发射时出现的大量“白气”是汽化现象
B.火箭点火升空过程中是由机械能转化为内能
C.火箭喷出燃气后周围空气分子的热运动减缓
D.燃气主要通过热传递使周围的空气内能增大
2.生活即物理，物理即生活。下列现象及其解释不合理的是（　　）
A.汽车发动机常用水做冷却剂是因为水的比热容大
B.手机充电器接入两孔插座后空气开关跳闸，可能是发生短路
C.小明发现家里的白炽灯突然变亮，主要原因可能是白炽灯的额定功率变大
D.永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律
3.如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　）
A.小球弹起的高度越来越小，说明小球在此过程中能量不守恒
B.根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C.在小球的运动过程中，有一部分机械能转化成了内能
D.此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的条件之上才能成立的
4.下列说法正确的是（　　）
A.能量在转化的过程中总量越来越少
B.热机不可能将内能全部转化为机械能
C.只要设计巧妙，永动机就可以制成
D.电能可以转化为机械能，机械能不能转化为电能
5.能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是（ ）
A.能量是不守恒的
B.能量可以被消灭，也可以被创造
C.能量转化过程中，数量虽然没有减少，但在可利用的品质上降低了
D.因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机
【课后巩固】
知识点1：能量守恒定律
1.能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为____________，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和________的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量___________。
2.如图所示，小球在摆动过程中能量应该守恒。实际中，小球在摆动过程中小球的机械能是________（选填“不变”、“增大”、“减小”）的，最终小球会停下来的。如果将运动过程中产生的内能一并计算进去，总的能量还是守恒的。
3.如图，单摆的小球左右摆动时，动能和势能在不断地转化。实验中小球高度不断降低，最后停止摆动，这是因为小球受到阻力时，机械能会转化为________；考虑到这一因素，能量的总量是________（选填“变大”、“变小”或“不变”）的。
4.用细线悬挂的小球从图中所示位置静止释放，若忽略空气阻力，那么小球在最高点的势能________下降至最低点的动能；实际上，小球在摆动过程中，会与空气摩擦产生热，摆幅逐渐减小，最终停下来，那么在摆动过程中由于摩擦而转化的内能________小球在最高点所具有的势能。（填“大于“、”等于“或”小于“）
5.单摆在振动过程中，摆动幅度越来越小这是因为（ ）
A.能量正在逐渐消灭 B.动能正在转化为势能
C.机械能守恒 D.总能量守恒，减少的动能转化为内能
知识点2：永动机是不可能实现的
6.如图是一位“发明家”设计的一种永动机。利用上水池的水使水轮发电机发电，利用水发电时，_______转化为电能，然后，利用发电机发出的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池。这样不断循环下去，就可以制成一个永动机。这个永动机________（填“能”或“不能”）持续运转，因为它违背了_________定律。
7.文艺复兴时期，意大利的达 芬奇设计了如图所示的“永动机”装置。他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不平衡的力作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（　　）
A.装置所具有的机械能始终不变 B.装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
C.如果没有能量补充，装置最终会停下来 D.根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去
8.历史上曾有不少人设想制造出一种机器，它不需要消耗任何能量，但可以源源不断地对外做功。你认为能设计制造出这种永动机吗？为什么？
9.能量可以转化，也可以转移.如图甲所示，是达芬奇设想的永动机。你认为能实现吗？________；请说明理由：________；如图乙是烧水情景。燃烧________厘米3天然气（天然气热值是3.9×107焦/米3），能使2千克的水从20℃升高到80℃（不考虑能量损失）；烧水时，通过________增加水的内能。
知识点3：能量转化的效率
10.节约能源人人有责，节约能源从我做起。关于“能量和能源”，下列说法正确的是（　　）
A.大量研究表明，自然界中的能量是守恒的，科学家们研究的结果概括为能量守恒定律
B.电壶烧水时电能转化为内能，这些内能不会再转为电能，说明能量的转化具有方向性
C.氢弹是利用核聚变原理制造的一种威力比原子弹还要大得多的核武器，人类要爱和平
D.世界各个国家都可以随便开发利用核能，核能方便利用，无污染，是一种环保的能源
11.用天然气烧水的过程中，下列解释正确的是（ ）
A.燃气燃烧越充分，它的热值越大 B.燃气燃烧过程是将化学能转化为内能
C.水沸腾过程要吸热，水温会不断升高 D.烧水过程是通过做功的方式增加水的内能
12.提高能量利用中的转化效率是节能问题的________，是_________________的重要措施。
13.烧水时，我们希望燃烧每一升天然气产生的热量都完全传递给壶中的水；骑自行车上学时，我们希望消耗的每一份体力能全部转化为自行车和人的动能……这些愿望能实现吗？预习读课本回答下列问题：
（1）汽车沿盘山公路可以驶入高耸入云的山峰，载重货车下山时，其重力势能________（选填“增大”“减小”或“不变”）；为了减小车速，司机师傅不时踩踏刹车踏板，有一部分机械能转化为________。
（2）烧水过程中，天然气完全燃烧释放的化学能称之为____________，而水吸收的那部分能量称之为____________，把散发到大气、壶体中的那部分能量称之为____________，根据能量守恒定律，它们之间的关系为：________________________________________。
（3）因为输出有效能量总是小于输入能量，所以能量转化效率总是_______。
14.在“机械与功”一章中，我们研究了机械效率，即有用功在总功中所占的比例；在“改变世界的热机”一章中，我们又知道了热机的效率，即内能转化为有用机械能的效率。这些效率，跟我们今天学习的“能量转化效率”是一回事吗？为什么？
1.下列说法中正确的是（　　）
A.暖瓶塞跳起时，机械能转化为内能
B.电动机工作时，机械能转化为电能
C.煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多
D.沿海地区昼夜温差较内陆地区小，原因之一是水的比热容较大
2.2025年12月11日，如图所示的“九天”大型通用无人平台在陕西完成首飞。无人平台与其携带的上百架无人机组成“平台一载荷”系统，以700km/h的速度在1.5万米高空巡航，再通过电磁弹射将无人机从静止加速至60m/s脱离母机。以下说法正确的是（ ）
A.无人机随平台巡航时只具有重力势能
B.电磁弹射时最终将电能转化为无人机的机械能
C.弹射出部分无人机后“平台一载荷”系统的机械能不变
D.无人机脱离平台后无动力向下滑翔时动能不变
3.如图所示电路，闭合开关，小灯泡和LED都发光，下列分析正确的是（ ）
A.在电源的外部，电流的方向是从电源负极经过用电器流向正极
B.LED是由超导体材料制成的，具有单向导电性
C.开关的底座是绝缘体
D.电池在使用时，将电能转化为化学能
4.如图所示三种现象过程中都涉及能量转化，下列分析正确的是（　　）
A.图甲中的塞子被弹起时，机械能—内能
B.图乙就压缩冲程，内能—机械能
C.图丙是压缩冲程，化学能—内能—机械能
D.图丙是做功冲程，化学能—内能—机械能
5.有一箱木炭，它的质量为10kg，其热值为3.4×107J/kg。若用掉一半，剩下木炭的热值为_________J/kg。木炭燃烧时把_________能转化为内能。
6.天然气是一种清洁燃料，我县的公交车和出租车使用天然气来代替柴油或汽油。它燃烧时先将______能转化为______能，再通过______冲程转化为汽车的______能。已知天然气的热值为8×107 J/m3，则完全燃烧2L天然气放出_______的热量。
7.2025年5月29日，我国首列氢能源文旅列车“氢春号”，在长春市54路有轨电车延长线上试运行，如图所示。列车运行中零碳排放，无环境污染；
(1)铁轨铺在宽大的枕木上是通过增大受力面积来减小________的；
(2)列车运行时以路灯为参照物，列车是________的；
(3)刹车时，列车运动越来越慢，说明力可以改变物体的________。由于摩擦，铁轨温度升高，这是通过________的方式使其内能增加的。铁轨增加的内能不能再自动地用来驱动列车，说明能量的转化具有________。
8.2021年10月16日，神舟十三号载人飞船通过长征二号F遥运载火箭发射成功，顺利将3名航天员送入太空。火箭上升过程中燃料的______能转化为燃气的内能，火箭选用液氢作为燃料是因为液氢的______大且燃烧后无污染。
9.沼气是植物残体在隔绝空气的环境下生成的、用它烧水做饭既清洁又卫生。若1m3沼气完全燃烧能释放2.1×107J的热量，不计能量损失，这些热量可以使___________kg的水温度升高50℃。燃烧过程中，沼气的化学能转化成___________能。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
10.热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，研究了热机原理，并收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。
实验时向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。
(1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能___________机械能；
(2)某团队的同学们在测试过程中，发现扇叶不转动，出现这种现象的原因可能是___________；（答出一条即可）
(3)热机发展史也是一部热机效率提高史。在展示交流环节，对如何提高简易汽轮机效率，同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念，从结构的角度思考，帮助他们提出一个可行性措施：___________。
11.目前有一种倍受关注的喷气飞行背包。如图，人背上后能通过该设备获得动力，实现人类自由单人飞翔的梦想。
（1）该背包发动机将汽油燃烧后的气体通过喷气孔喷出，使人获得飞行动力，这是利用物体间___________，同时说明了力可以改变物体的___________。
（2）该背包每小时消耗10kg汽油，这些汽油完全燃烧放出的热量为___________J。汽油燃烧将________能转化为内能，用来对人和飞行背包做功，还有部分内能散失到空气中，但这些内能却无法再被利用来对人和飞行背包做功，说明能量的转移和转化具有________。（q汽油=4.6×107J/kg）
（3）该背包飞行高度可达近3000m，在此高度人会感到有所不适，这是因为大气压随高度的增加而_______。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
自主学习
1.消灭；产生；转化；转移；能量的总量
2.能量守恒定律
3.违背；不可能
4.(1) 输入能量 (2) 输出有效能量 (3) 输出无效能量；=；+；；小于
课堂练习
1.D
2.C
3.C
4.B
5.C
课后巩固
知识点1：能量守恒定律
1.其他形式；转移；守恒定律
2.减小
3.内能；不变
4.等于；等于
5.D
知识点2：永动机是不可能实现的
6.机械能；不能；能量守恒
7.C
8.不能；因为该机器违背了能量守恒定律，能量不会凭空产生，不消耗能量却源源不断对外做功的机器无法制造。
9.不能；违背了能量守恒定律，过程中会有能量以内能等形式损耗；3092.3（或4800015.5）；热传递
知识点3：能量转化的效率
10.ABC
11.B
12.核心；提高能源利用率
13.（1）减小；内能 （2）输入能量；输出有效能量；输出无效能量；输入能量=输出有效能量+输出无效能量 （3）小于1
14.本质是同一回事，都是描述能量转化过程中有效能量占总输入能量的比例；机械效率是机械能转化中的效率，热机效率是内能转化为机械能的效率，能量转化效率是对所有能量转化过程的统称，前两者是后者的具体体现。
能力提升
1.D
2.B
3.C
4.D
5.3.4×107；化学
6.化学；内；做功；机械；1.6×105J
7.(1) 压强 (2) 运动 (3) 运动状态；做功；方向性
8.化学；热值
9.100；内
10.(1) →内能→机械能 (2) 蒸汽喷出的力度太小（或扇叶与笔管对正偏差、酒精灯火焰太小） (3) 给易拉罐增加保温层减少热量散失（或增大蒸汽喷口的压强、优化扇叶结构减小摩擦）
11.(1) 力的作用是相互的；运动状态 (2) 4.6×108；化学；方向性 (3) 减小
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